架空電力傳送系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于給多個車輛充電的充電站以及給多個車輛內(nèi)的儲能系統(tǒng)充電的方法。用于給多個車輛（每一車輛具有位于所述車輛的頂部的接收器線圈）充電的充電站包括：第一和第二支撐結(jié)構(gòu)；在所述第一與第二支撐結(jié)構(gòu)之間伸展的架空軌道；在所述架空軌道上的可移動滑架，所述滑架包括位于所述滑架下面的位置且用于當所述多個車輛停放在所述架空軌道時將電力傳送至所述多個車輛的接收器線圈的發(fā)送器線圈，和連接至所述發(fā)送器線圈的感應(yīng)電力傳送模塊；和機動傳輸機構(gòu)，其用于使所述滑架沿著所述軌道移動且將所述滑架定位在所述多個車輛中的任何可選擇的一個的上方。
【專利說明】架空電力傳送系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及一種用于給電動車輛中的電力存儲系統(tǒng)充電的系統(tǒng)和方法。
[0002]相關(guān)申請的交叉引用
[0003]本申請要求于2011年8月16日提交的美國臨時申請第61/524，081號的權(quán)益或優(yōu)先權(quán)，該申請的全部公開內(nèi)容據(jù)此以全文引用的方式并入本文。
[0004]發(fā)明背景
[0005]隨著電動機和電池充電技術(shù)的發(fā)展，電動車輛的市場繼續(xù)增長。車隊的所有者開始將電動車輛看作理想的購買。這意味著將存在這些車隊的所有者對安裝使他們每天晚上能夠給大量車輛的電池再充電的設(shè)施的需要。該設(shè)施可意味著大量的資金投入。
[0006]一種由電動車輛行業(yè)的參與者提倡的日益受歡迎的方法涉及使用無線能量傳送或感應(yīng)電力傳送來給車輛的電池充電。在標題為“Wireless Energy Transfer Between ASource and A Vehicle”且并以引用的方式并入本文的美國專利公開第2010/0277121號中描述了這種方法的實例。一般而言，充電站具有通常安裝在充電站的底板的發(fā)送線圈。并且，車輛包括安裝在其下側(cè)的接收線圈。當需要給電池再充電時，駕駛員將車輛駛?cè)氤潆娬?，使得車輛的接收線圈與發(fā)送線圈對準。當這兩種線圈以此方式對準時，充電站將高頻率(例如，RF)能量信號應(yīng)用至發(fā)送器線圈，并且通過這兩種線圈的諧振耦合將能量傳送至接收線圈。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]—般而言,在一方面,本發(fā)明展不一種用于給多個車輛充電的充電站，每一車輛具有位于車輛的頂部的接收器感應(yīng)線圈。系統(tǒng)包括:第一和第二支撐結(jié)構(gòu)；在第一和第二支撐結(jié)構(gòu)之間伸展的架空軌道；在架空軌道上的可移動滑架，該滑架包括位于滑架下面的位置且用于當多個車輛停放在架空軌道下方時將電力發(fā)送至多個車輛的接收器感應(yīng)線圈的發(fā)送器感應(yīng)線圈、連接至發(fā)送器感應(yīng)線圈的感應(yīng)電力傳送模塊和控制發(fā)送器感應(yīng)線圈相對于滑架的位置的對準臺；和機動傳輸機構(gòu)，其用于使滑架沿著軌道移動且將滑架定位在多個車輛中的任何可選擇的一個的上方。
[0008]結(jié)合以下附圖和描述來闡述本發(fā)明的一個或多個實施方案的詳細內(nèi)容。本發(fā)明的其它特征、目標和優(yōu)勢將從描述和附圖以及權(quán)利要求書中顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是用于給一個車隊的電動車輛中的蓄電池充電的架空感應(yīng)電力傳送系統(tǒng)的示意圖示。
[0010]圖2是在圖2中所示的滑架內(nèi)的電路的框圖。
具體實施方案
[0011]圖1示出對車隊所有者尤其有用的自動化車輛充電系統(tǒng)100。該系統(tǒng)使人們能夠通過架空充電單元依次給一個車隊的車輛充電，該架空充電單元連續(xù)將能量無線地傳送至每一個車輛。該系統(tǒng)利用當前充電技術(shù)的能力來在幾分鐘而不是之前所需要的數(shù)個小時內(nèi)充滿車輛的電池。較快的充電使人們能夠使用單個充電單元依次給一個車隊的車輛中的每一車輛再充電，并且例如，當車輛停放一晚上時，仍在合理的時間內(nèi)完成這個工作。該設(shè)計大大減少了建立可以有效地給多個車輛充電的充電設(shè)備所需的資金投入量。該設(shè)計使車隊所有者能夠安裝從一輛車自動移動到下一輛車的一個充電站，而無需為每一車輛安裝分開的單獨充電站。
[0012]車輛充電系統(tǒng)100包括架空結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)上，充電滑架102懸掛在停放在該結(jié)構(gòu)下面的一組車輛104的上方。在滑架102的下側(cè)有發(fā)送器線圈120，并且在每一車輛的頂部的稍低于發(fā)送器線圈120高度處有接收器線圈240。在所描述的實施方案中，本設(shè)計中的架空結(jié)構(gòu)與吊纜的結(jié)構(gòu)類似。該結(jié)構(gòu)包括兩個支撐塔106，兩根吊纜108在兩個支撐塔106之間伸展(在圖1的側(cè)視圖中，僅示出一根纜線108，在圖中另一根與其平行且在其后方)。每一根吊纜108支撐通過多個垂直懸掛元件112 (例如，其它長度的纜線或懸桿)而從吊纜108懸吊下來對應(yīng)的軌道110 (例如，纜線或鐵軌)。支撐纜線114為塔106提供進一步支撐，該支撐抵消懸掛在其間的結(jié)構(gòu)施加在塔106上的側(cè)向力。在該布置的情況下，軌道110被布置成與地面平行且在距離地面足夠高以允許車輛104停放在懸掛滑架102下方的恒定高度上。
[0013]滑架102從軌道110懸吊下來，使得其可沿著兩座塔之間的軌道來回移動。在所描述的實施方案中，機構(gòu)(滑架102通過其從軌道懸吊下來)與吊椅中采用的機構(gòu)類似。例如，一個車輪停駐在軌道的頂部，以及第二個車輪(在第一個車輪下方)停駐在軌道的下面，并且防止滑架輕易脫軌。
[0014]滑架102支持使能源能夠傳送通過發(fā)送器線圈120所需的電路。這樣的電路被本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，且可呈現(xiàn)多種不同的形式。在先前提到的美國專利公開第2010/0277121號中描述了所述電路的一些實例。在所描述的實施方案中，如圖2所示出，其包括降壓變壓器200、整流器電路202和發(fā)送器電路204。通過高壓AC線路(例如，13.5kV)將電力遞送至滑架102。降壓變壓器200使該電壓降低至較低水平，S卩，與滑架102中的另一電路更兼容的一個電壓。整流器電路202將AC轉(zhuǎn)換成DC以用于向滑架102中的電路的剩余部分供電。并且，發(fā)送器電路204產(chǎn)生高頻電力信號以驅(qū)動發(fā)送器線圈120并且對車輛執(zhí)行感應(yīng)電力傳送。
[0015]該電路包括:由控制信號212控制的可變振蕩器210 ;連接至振蕩器210的電力放大器214;以及濾波器和匹配電路216，其輸出連接至發(fā)送器線圈120。在所描述的實施方案中在RF范圍(例如，13.5MHz)內(nèi)操作的振蕩器210驅(qū)動電力放大器214。放大器214的輸出通過濾波器和匹配電路216 (其消除任何來自電力放大器214的輸出信號的噪音或不想要的諧波)并且將發(fā)送器電路的阻抗匹配至線圈，從而幫助優(yōu)化放大的RF信號至軌道中的接收器電路的耦合?？刂破?20還可以改變振蕩器210的頻率以優(yōu)化電力傳送。
[0016]滑架中的電路還包括:基于處理器的控制器220，其用于控制滑架102中各種其它電路和系統(tǒng)的操作；感測電路222，其用于幫助物理地對準滑架102中的發(fā)送器線圈120和車輛中的接收線圈240 ;無線收發(fā)器224，其用于與位于車輛中的對應(yīng)電路交換信息；傳輸機構(gòu)或驅(qū)動電機226，其用于使滑架沿著軌道移動；和線圈定位機構(gòu)228，其由伺服電機和/或制動器的布置組成且用于定位發(fā)送器線圈120以更精確對準車輛中的接收器線圈240。
[0017]控制器220被編程來使用驅(qū)動電機226以使滑架沿著軌道從一個充電位置移動到另一個充電位置。程序大致知道每個車輛線圈位于什么地方。在實現(xiàn)與第一輛車中的接收器線圈的初始對準之后，在可能包括各種光學和/或機械傳感器的感測電路222的幫助下，控制器220使用線圈定位機構(gòu)228來使發(fā)送器線圈120與接收器線圈240更精確地對準。感測電路用來光學地或電氣地檢測接收器線圈的精確位置，且促使線圈定位機構(gòu)228物理地并電氣地對準兩個線圈以用于最佳電力傳送。電機和/或制動器機構(gòu)具有相對于滑架102 (兩個是平行的且一個是垂直的)移動三維中的發(fā)送線圈以實現(xiàn)兩個線圈的最佳對準的能力?？刂破?20還可測量發(fā)送器電路的傳送電特性，且動態(tài)地調(diào)整發(fā)送器電路以實現(xiàn)最佳耦合。這可涉及通過在兩個無線收發(fā)器之間建立的無線通信鏈路而從目標車輛接收反饋。
[0018]在車輛中，接收器線圈240連接到接收器電路250。該接收器電路通常包括匹配電路252、整流器和切換電路254、控制器256和電池管理模塊258。來自發(fā)送器電路的信號共鳴地耦合到連接至接收器電路250的線圈240。匹配電路252將接收器的阻抗匹配至接收器線圈240。并且，整流器和切換電路254整流接收到的AC信號以輸出遞送到車輛電池的DC電壓來執(zhí)行再充電操作。電池管理模塊258監(jiān)測車輛中電池的充電，并且將該信息提供至控制器256，控制器256使用無線收發(fā)器260來將某一監(jiān)測信息傳達到滑架102中的無線收發(fā)器224。
[0019]在軌道110下方，有一排經(jīng)識別的停車位或槽位，將車輛開進所述停車位或槽位以進行整晚充電。所述槽位在停泊表面被物理地識別，并且停泊表面中的壓痕(在其中定位車輪)提供車輛在軌道110下方的大致對準。當滑架102在軌道下方來回移動時，會使發(fā)送器線圈120大致對準車輛的頂部上的接收器線圈240。
[0020]當啟動充電順序時，架空滑架102中的控制器220促使驅(qū)動電機226使滑架102沿著軌道110移動到一側(cè)上的初始位置且在第一輛車所在的位置上方。在該位置處，控制器220使用感測電路222找到接收器線圈240，因為將需要使用接收器線圈240對準發(fā)送器線圈120。然后，控制器220使用滑架內(nèi)的定位機構(gòu)228來使發(fā)送線圈120在水平和垂直方向上關(guān)于下方接收器線圈240更精確地對準。一旦兩個線圈正確地對準，控制器220開始電力傳送操作來給車輛的電池充電。
[0021]車輛中的控制器256感測機載電池的充電狀態(tài)并檢測它們何時充滿。通過使用在兩個無線收發(fā)器224與260之間建立的通信鏈路，控制器256將充電狀態(tài)信息傳達到滑架102中的控制器220。當完全充滿時，滑架102中的控制器220為該車輛終止充電操作。然而，這促使滑架102移動到另一車輛，并且執(zhí)行相同順序的步驟來給下一車輛的電池充電。為每一車輛重復該順序直到停放在充電結(jié)構(gòu)內(nèi)的每一車輛已經(jīng)被完全充滿。
[0022]用于使滑架沿著架空軌道移動的驅(qū)動機構(gòu)被描述為位于架空滑架中。然而，其可替代地位于支撐塔上，并且操作使滑架移動到期望位置的纜線。
[0023]其它實施方案在上述權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于給多個車輛充電的充電站，每一車輛具有位于所述車輛的頂部的接收器線圈，所述系統(tǒng)包括: 第一和第二支撐結(jié)構(gòu)； 架空軌道，其在所述第一與第二支撐結(jié)構(gòu)之間伸展； 在所述架空軌道上的可移動滑架，所述滑架包括位于所述滑架下面的位置且用于當所述多個車輛停放在所述架空軌道下方時將電力傳送至所述多個車輛的所述接收器線圈的發(fā)送器線圈，和連接至所述發(fā)送器線圈的感應(yīng)電力傳送模塊；和 機動傳輸機構(gòu)，其用于使所述滑架沿著所述軌道移動且將所述滑架定位在所述多個車輛中的任何可選擇的一個的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電站，其中所述可移動滑架進一步包括對準臺，所述對準臺用于相對于所述滑架可移動地定位所述發(fā)送器線圈以實現(xiàn)和所述接收器線圈進一步對準。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電站，其中所述對準臺用于相對于所述滑架可移動地定位三維中的所述發(fā)送器線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電站，其中所述滑架從所述軌道懸吊下來。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電站，其中所述軌道包括纜線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充電站，其中所述軌道包括彼此平行的兩根纜線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電站，其中所述軌道包括兩個軌。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電站，其中機動傳輸機構(gòu)在所述滑架內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電站，其中所述感應(yīng)電力傳送模塊包括控制器，所述控制器用于控制所述機動傳輸機構(gòu)和所述發(fā)送器線圈與所述接收器線圈之間的電力傳送。
10.一種用于給多個車輛內(nèi)的儲能系統(tǒng)充電的方法，每一車輛具有位于所述車輛的頂部的接收器線圈，所述方法包括: 提供感應(yīng)電力傳送系統(tǒng)以用于將電力電感地傳送至接收器線圈； 將所述感應(yīng)電力傳送系統(tǒng)定位在所述多個車輛中的選定一個的上方，并使其與所選定的車輛中的所述接收器線圈對準； 在將所述感應(yīng)電力傳送系統(tǒng)定位在所述多個車輛中的選定一個的上方之后，通過位于所選定的車輛的頂部上的接收器線圈將電力從所述感應(yīng)電力傳送系統(tǒng)電感地傳送至所選定的車輛；以及 為所述多個車輛的其余車輛中的每一個依次重復所述定位和感應(yīng)電力傳送步驟。
【文檔編號】B60L11/18GK103874601SQ201280045181
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月16日
【發(fā)明者】蘭·W·亨特, 瑟奇·拉方丹, 布賴恩·大衛(wèi)·埃蒙, 基思·沃恩·杜蘭德 申請人:核科學股份有限公司